FSAE電動(dòng)賽車(chē)多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含5張CAD圖紙+帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+中期報(bào)告+答辯ppt+外文翻譯】-clsj16

FSAE電動(dòng)賽車(chē)多連桿式后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

摘要：本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)FSAE賽車(chē)后懸架的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行比較，綜合比對(duì)選取適合的后懸架類(lèi)型；我們最后決定FSAE賽車(chē)的后懸架選用多連桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)賽車(chē)參數(shù)，進(jìn)行了大量的計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)確立了后懸架的尺寸，材料，以及懸架部件的選取以及參數(shù)，然后利用 proe 建立 FSAE 賽車(chē)后懸架的三維機(jī)構(gòu)仿真模型；在建立三維模型的過(guò)程中，根據(jù)坐標(biāo)來(lái)建立三維模型，這樣的精度高。將三維模型導(dǎo)入有限元軟件ANSYS 中，進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算，以及動(dòng)態(tài)分析，對(duì)后懸架下控制臂的0.5g加速工況，0.95g轉(zhuǎn)彎工況的應(yīng)變和應(yīng)力進(jìn)行分析，最后證實(shí)了設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，且存在安全富裕度。然后進(jìn)行共振分析，分別選取了五種狀態(tài)下的振型與固有頻率進(jìn)行比較，來(lái)判斷下控制臂的結(jié)構(gòu)和材料是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)比較得出了下控制臂滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

    關(guān)鍵詞：FSAE賽車(chē)；懸架；校核；有限元

Lightweight Design Light Truck Chassis

Abstract:After the graduation design of FSAE car suspension structure and characteristics of comparison, choose the right rear suspension structure types; The FSAE car suspension parameter calculation,then The FSAE car rear suspension was established based on CATIA 3 d model; Establishment of ADAMS/Car suspension and a simulation model of virtual simulation analysis was carried out on the rear suspension of variation is larger suspension parameters optimization using ADAMS/Insight module; The CATIA model into ANSYS, the static calculation, the suspension column under static, steering and braking conditions of strain and stress were analyzed, and to determine whether a column structure and materials meet the design requirements.Under the environment of ADAMS/Car,Control arm to the traditional process of casting or forging, using the casting and forging can not only save costs, and can lay a foundation for parts of the whole control arm design. In addition, the control arm parts are large stamping equipment, although it into during increased manufacturing difficulty, but it makes a connection with the interchangeability, and the loss of castings and forgings connection part after school as soon as possible to replace the entire assembly. This paper discusses the control arm is made of steel plate stamping forming process, and established the virtual simulation model of automobile suspended frame suspension dynamic simulation analysis. Through the finite element software ANSYS finite element theory and method to create the finite element model, 0.5 g acceleration condition, 0.95 g to jump condition on the working condition and 3.5 g. Stress and strain analysis.

  Key words: finite element method (fem); The frame; Lightweight; check

目    錄

摘要 I

Abstract II

目    錄 III

1 緒論 1

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 3

1.3 本章小結(jié) 3

2 FSAE后懸架的建立 4

2.1 FSAE賽車(chē)懸架的選擇 4

2.2 后懸架參數(shù)設(shè)計(jì) 5

2.2.1 后懸架固有頻率的選擇 6

2.2.2 四輪定位參數(shù) 6

2.2.3 FSAE賽車(chē)懸架剛度計(jì)算 7

2.3 本章小結(jié) 10

3 對(duì)FSAE的后懸架進(jìn)行三維建模 11

3.1 懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析 13

3.2 本章小結(jié) 16

4 控制臂有限元分析 17

4.1 有限元法的介紹 17

4.2 控制臂有限元模型建立 17

4.2.1 幾何模型 17

4.2.2 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格質(zhì)量控制 18

4.2.3 材料屬性定義 19

4.2.4 慣性釋放及模型的約束與加載 19

4.3 典型極限工況控制臂結(jié)構(gòu)有限元分析 20

4.3.1 0.5g加速工況 20

4.3.2 0.95g轉(zhuǎn)向工況 21

4.4 共振分析 22

4.5 本章小結(jié) 25

5 結(jié)論 26

參  考  文  獻(xiàn) 28

致    謝 30

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后懸上控制臂A3.dwg

后懸下控制臂A3.dwg

后懸架上下叉臂裝配圖A1.dwg

后懸架裝配圖A0.dwg

搖臂A3.dwg

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1 外文文獻(xiàn) 附錄 A a y of AE of a by a of 3) of No of be in a or in or by or ne of of a is a In a by of In of by of in by by of to an an a a a a at by s to a In by to of of a in in is it of a F 2 of a is is s in of of is is to it to of is At of is of a is to to is to to to 1,2]. an So is is in 5, 7, is to of be on in is by is by of No of of a of an B, a D, a C, a a a it is to a E?, F, G [2,3]. . F to to a an a a In an a is of to an In s is F he of to an in 3 of is on is to a a an in to be in In if in of in a to of is To to of in of be s in is by in a of in is to to F N he at to on on is of . , 5 of , 4 48 2 Hz 4at 20 of is in is In as by As of is in be 2 Hz is In of of a F N 4 he s in of by So of is In of is a is to in is . In a on by is is a is to is to in to is . , In is in 0m/s2,is it a 0in of a in s a in of as a 5 as in 5 to 1,912. a a an a a is in of 9,262. 01,174. ,293 is If on be by of s In 0 0 is of is of 5 6 F of it be an is by is is by (1) is in of to as , is (2) in of 6 to as , is (3) (4) (1) 2) 4 Hz in F of in in 7 0, a a on is 5 0 Y by 4 0 of is 1 of of 6. of of 94) is is 0 Hz by as of 9 in 7 附錄 B 方程式 賽車(chē)多連桿式后懸架結(jié)構(gòu) 模態(tài)分析 摘要 建立全車(chē)架結(jié)構(gòu) 有限元模型，用來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)輛的怠速震動(dòng)特性。用 動(dòng)機(jī)和整車(chē)的模型通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果協(xié)調(diào)以后共同決定。注意力放在了車(chē)架一階縱向彎曲模型的頻率上。降低一階車(chē)架彎曲模型的頻率可以減少車(chē)輛的怠速震動(dòng)已經(jīng)變得明確。 簡(jiǎn)介 具有燃油經(jīng)濟(jì)性的柴油車(chē)的一個(gè)缺點(diǎn)就是車(chē) 身的怠速震動(dòng)。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)里，由熱能積聚引起的壓力急劇上升會(huì)影響活塞。在把直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲軸系統(tǒng)里，有兩種反作用力使得發(fā)動(dòng)機(jī)體振動(dòng)：由移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)換向引起的反作用力，和有限的氣缸不均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的。這個(gè)力傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，發(fā)動(dòng)機(jī)底部，橡膠的發(fā)動(dòng)機(jī)支座，車(chē)架，橡膠駕駛室支架，最后到車(chē)身，引起乘客不舒服。 大型商用車(chē)的怠速震動(dòng)的平復(fù)處于發(fā)展的初期，用 論模擬發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)，然后建立模型。 這篇論文中，將發(fā)動(dòng)機(jī)置于車(chē)中來(lái)確定怠速震動(dòng)，因?yàn)檐?chē)架和車(chē)身的有限元被當(dāng)做一個(gè)小型休閑車(chē)。另外，在這篇文章中， 也分析了車(chē)輛車(chē)架自然模式如何改變，并且指出車(chē)架一階縱向彎曲的自然頻率具有重要的影響。 車(chē)身震動(dòng)的分析 圖 V 怠速過(guò)程中座椅扶手處采集的加速過(guò)程中縱向震動(dòng)頻率的分析。怠速震動(dòng)的主要部分是二階發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，第 1，和第 同樣重要。但是，這些不同是由于不同氣缸的燃燒不同而引起的。完善噴射系統(tǒng)可以解決燃燒的差異。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，只集中研究怠速轉(zhuǎn)速是 720 24架的二階震動(dòng)。此外，也研究了降低振動(dòng)的措施，因?yàn)樽蔚目v向振動(dòng)對(duì)人類(lèi)的感覺(jué)有很大的破壞性影響。 發(fā)動(dòng)機(jī)引起作用力的判 定 發(fā)動(dòng)機(jī)將振動(dòng)傳遞給車(chē)身的路線(xiàn)有三種：通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)支座，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，和尾氣排放管。在這篇論文中，研究了起主要作用的發(fā)動(dòng)機(jī)支座的路線(xiàn)。研究方法有很多種，這里用 論。 論的概要 考慮引起發(fā)動(dòng)機(jī)集體受力的有爭(zhēng)議的怠速振動(dòng)頻率范圍。首先，作用在活塞上的 8 燃燒壓力被認(rèn)為引起這個(gè)振動(dòng)。但是，假設(shè)活塞曲軸并不隨飛輪移動(dòng)并且機(jī)體以某種方式固定，在這個(gè)頻率范圍發(fā)動(dòng)機(jī)的零件被認(rèn)為是完全剛性的。在這種情況下，如果活塞曲軸不移動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體就不會(huì)振動(dòng)，盡管柴油燃燒引起壓力的迅速上升。 相應(yīng)地，引起發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)的 直接原因不是燃燒壓力，而是活塞曲軸運(yùn)動(dòng)的反作用力。為了確定作用在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上的這個(gè)力，需要計(jì)算在機(jī)體內(nèi)外都發(fā)揮作用的反作用力。 在 論里，通過(guò)測(cè)量在飛輪齒圈上收集到的脈沖來(lái)發(fā)現(xiàn)曲軸系統(tǒng)的不協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。然后計(jì)算相連的活塞系統(tǒng)的縱向運(yùn)動(dòng)來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上的作用力。 作用力準(zhǔn)確性的驗(yàn)證 在整車(chē)模型里（后續(xù)描述），振動(dòng)力的增加和曲軸是對(duì)應(yīng)的。評(píng)估振動(dòng)主要影響的引擎蓋和發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)底部。計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較結(jié)論在圖中表示了出來(lái)。在圖中，表示出來(lái) 5 種不同的計(jì)算結(jié)果，因?yàn)橐紤]怠速轉(zhuǎn)速的變化 。 在圖中，鑒定了在轉(zhuǎn)速為 720第二第四和第六階的 2448 72計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)底部的數(shù)據(jù)，在這篇論文中沒(méi)有顯示出來(lái)，但是也幾乎全部鑒定了出來(lái)。至于在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)身的振動(dòng)被發(fā)動(dòng)機(jī)支座隔離開(kāi)來(lái)。車(chē)身幾乎影響不到發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果的鑒定是在這一范圍內(nèi)，動(dòng)力模型和振動(dòng)力可以認(rèn)為是合理的。 但是在一階 12圍，數(shù)據(jù)并沒(méi)有鑒定出來(lái)。在這一頻率范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)身的振動(dòng)被發(fā)動(dòng)機(jī)支座耦合到了一起，因此，車(chē)身模型的準(zhǔn)確定受到影響。 低頻振動(dòng)測(cè)量方式的 改善 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)力通過(guò) 論來(lái)確定，通過(guò)增加振動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)部分的震動(dòng)都被計(jì)算出來(lái)。至此，然而，計(jì)算數(shù)據(jù)并沒(méi)有和實(shí)際測(cè)量完全區(qū)分開(kāi)來(lái)。因此，實(shí)際測(cè)量的準(zhǔn)確性得到提高。引起怠速振動(dòng)的低頻振動(dòng)和引起噪聲的高頻振動(dòng)在發(fā)動(dòng)機(jī)表面混合到一起。當(dāng)通過(guò)壓力測(cè)量這個(gè)混合振動(dòng)，高頻率的振動(dòng)被加重，而作為研究目標(biāo)的低頻率表振動(dòng)則變得相對(duì)小了。舉個(gè)例子，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)底部的縱向振動(dòng)加速 - 9 時(shí)間波形如圖所示。 在這篇論文中，運(yùn)用了測(cè)量壓力作用在內(nèi)部的重量的加速壓力計(jì)。這個(gè)裝置比壓力元素加速機(jī)更大，對(duì)加速也更敏感。除此之外， 內(nèi)部為了保護(hù)探測(cè)部分而填充的硅油阻止了高頻振動(dòng)。這個(gè)裝置測(cè)得的加速 5 所示。和圖 僅顯示出了低頻率，雖然測(cè)量的是相同的區(qū)域。通過(guò)這種方式，高頻率振動(dòng)被阻截掉，因此明暗度更高。這一次，使用了加速度測(cè)量范圍 0 到 20m/裝置。因?yàn)殪`敏度高，這個(gè)裝置很容易校準(zhǔn)，通過(guò)重力加速度。使用壓力加速度檢測(cè)計(jì)的時(shí)候，主階振動(dòng)計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異是 20因此，采用這一方式的 而，圖 采用流量計(jì)加速度檢測(cè)計(jì)鑒定出來(lái)的計(jì)算結(jié)果。 整車(chē)模型 圖 整車(chē)模型。像車(chē)門(mén)和座椅等內(nèi)部和外部裝置以 85 點(diǎn)增加到詳細(xì)有限元結(jié)構(gòu)模型中。網(wǎng)格數(shù)是 61,912。圖 一個(gè)有懸架，發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料箱和保險(xiǎn)杠的車(chē)架組合成一個(gè)整體，網(wǎng)格數(shù)是 39,262。 把圖 圖 個(gè)到一起形成了一個(gè)整車(chē)模型，總的網(wǎng)格數(shù)是 101,174。本的 算時(shí)間是 3,293。計(jì)算方法是打包計(jì)算。如果模型是更大規(guī)模，則必須通過(guò)整體結(jié)構(gòu)計(jì)算。 圖 頻率響應(yīng)函數(shù)，指示出振動(dòng)力作用在發(fā)動(dòng)機(jī)支座時(shí)車(chē)架的響應(yīng)。在需要分析的 20 到 30率范圍里，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)于計(jì)算結(jié)果更好。 圖 量計(jì)加速度檢測(cè)機(jī)的測(cè)量結(jié)果 圖 身 10 圖 然模式的頻率范圍 模型相關(guān)性分析 從振動(dòng)特性的角度來(lái)看，可以認(rèn)為整車(chē)振動(dòng)被發(fā)動(dòng)機(jī)支座和駕駛室支座隔離開(kāi)來(lái)，因?yàn)橛袕椈蛇B接，雖然隔離并不徹底。如果整車(chē)被連接件和懸掛分開(kāi)，車(chē)身有 4 大結(jié)構(gòu)： (1)機(jī)體 增加了內(nèi)部零件，如圖 示，此后描述成機(jī)體。 (2)車(chē)架 車(chē)架上增加了燃料箱和保險(xiǎn)杠，如圖 示，此后描述成車(chē)架 (3)動(dòng)力系統(tǒng) (4)懸架 在 以上的結(jié)構(gòu)中， (1)機(jī)體和 (2)車(chē)架怠速振動(dòng)的自然頻率在 24近。機(jī)體，車(chē)架和整車(chē)模型的振動(dòng)特性被比較和研究。 自然頻率的比較 圖 示的是每個(gè)結(jié)構(gòu)和車(chē)輛不同狀態(tài)下自然振動(dòng)頻率的分布情況。車(chē)架有 17個(gè)自然模式低于 50圖 7 中，裝有發(fā)動(dòng)機(jī)和懸架的車(chē)架， Y 型底盤(pán)，有 35 個(gè)自然模式低于 50Y 型底盤(pán)加裝一個(gè)車(chē)身就形成了整車(chē)模型，具有 94 個(gè)自然模式低于 50 當(dāng) Y 型底盤(pán)的自然模式數(shù)量增加到 61 個(gè)，總數(shù)達(dá)到 96 個(gè)。整車(chē)模型的自然模式數(shù)量比這個(gè)總數(shù)少 2 個(gè)，因?yàn)橛袃蓚€(gè)因?yàn)榻Y(jié)合了 Y 型底盤(pán)而高于了 50互關(guān)聯(lián)的分析結(jié)果將在以后描述。